电流互感器及电压互感器选择及导则培训演示

稳态特性验算方法（1）
1 误差曲线 －按误差曲线由 实际负荷Rb求实际可用的Kalf ´
Kalf ´ Kalf
Rb
Rbn
－注意：除低漏磁CT外，厂家提供的曲线必须 是由直接法试验求得或经误差修正的
稳态特性验算方法（2）
2 低漏磁CT验算
－低漏磁CT采用下式求实际可用的Kalf ´
Kalf ´= Kalf
• 考虑暂态要求的等效二次极限电动势： Eal’ =Kpcf Ktd’ ( Rct + Rb) Isn
电流互感器类型及性能
• 分为两大类：1）测量用；2）保护用 • 测量用电流互感器
－重点考核正常运行时的准确性能 • 保护用电流互感器
－重点考核系统短路时的准确性能 a) 对称短路电流下的稳态性能 b) 短路电流偏移（有直流分量）和/或
有剩磁时的暂态性能
电流互感器的准确性能
•电流误差（比值差），相位差
级影，响但，应 提适 高当 倍提 数高可K确al定f （为或2。饱2和20电kV压及）以以下减系缓统暂中态的 发电机和发变组可按同样原则处理
• 110kV系统：CT按稳态短路选择，不考虑暂态
适用暂态要求的TP类CT
Ee AB C
Eal=KtdKssc Isn(Rct+ Rb) （暂态等值电动势）
Ee= Kssc Isn(Rct+ Rb)Biblioteka Baidu（稳态励磁电动势）
• 各级电压系统如何合理考虑保护用电流 互感器的饱和问题，特别是暂态饱和问 题，例如超高压系统及大机组的电流互 感器暂态饱和严重，如何合理选用互感 器及进行必要的正确的验算
• 实现电流互感器信息共享，避免一组互 感器二次线圈过多
测量用电流互感器（1）
• 测量用电流互感器的准确特性
+1.5
+0.75
e
t Tp
t
e Ts
1
暂态特性计算用参数
• 一次时间常数 Tp －按系统实际回路取值，
多个不同Tp回路并联，不宜简单加权平均
• 二次时间常数TS －按实际负荷Rb修正
－TPS、TPX： 约3～10s －TPY： 约0.8~3s －TPZ： 60ms±6ms －P：没有规定，实际为一至几十秒
电流互感器稳态特性验算
• CT准确限值电压－确定CT保持准确性条件 Esl= Kalf × Esn =Kalf × Isn (Rct +Rbn )
CT参数举例：5P20，30VA， Isn ＝5A ， Rct未提供 可选择条件Esl 、Kalf （ALF）、Rb 、 Rct由制造厂确定 • 一般要求 －准确限值系数Kalf (ALF)大于稳态短路电流倍数 －实际二次负荷小于CT额定负荷 • 存在问题及处理办法 －由于系统容量大， Kalf 值往往不够 －由于微机保护的应用，二次负荷有较大裕度 －为合理利用CT，对其性能进行较精确计算， 求取实际二次负荷下允许的Kalf
• 500kV线路及主变：CT要求保证暂态不饱和，
一般可选用TPY，按标准计算方法验算
• 大型发电机及变压器：300MW及以上发电机 组，CT要求保证暂态不饱和，高低压侧均选用
TPY。300MW以下机组可选用5P或5PR，要求选择 适当准确限值系数Kalf （不低于30？）
• 220kV系统：原则上CT可按稳态短路电流选择P
ie (Ee 及ie均为对数坐标)
• A为TPX和TPS特性：TPX在Eal时的ie引起的误差不超过 KsscIsn 的10％，TPS的KKssc Isn(Rct+ Rb)<Eal
• B为TPY特性：Eal时的ie不应超过KsscIsn 的10％，即： 100Ktd /2ωfTs %<10%
• C为TPZ特性: Eal时的ie交流分量不应超过10％
间及非周期分量值有关
• Tp及暂态饱和系数Ktd典型值：
系统设备 大型发电机
TP 200~350ms
大型发电机变压器组 150~250ms
500kV系统
约100ms
220kV系统
约60ms
最大Ktd 60 50 30 20
一般Ktd 约30 约25 约20 约14
110kV及以下系统
30ms以下
10
电流互感器和电压互感器 选择及计算导则
编制导则的背景和目的
• 背景和依据：
－系统发展扩大和大容量机组的应用，继电保护和电能计 费对CT、PT提出许多新的严格要求。例如，保护用CT如 何考虑暂态饱和问题，计量用CT如何保证准确性
－IEC颁布一系列新标准，提出许多新型CT，如TP类、PR 类、PX类等在工程中如何执行
P类与TP类互感器特性的比较
1) 正常运行误差Ies /Isn
2) 稳态短路误差 Iesl / (Kalf Isn)
Eal
3) 暂态误差 Ieal / (Kssc Isn)= Ktd /(wTs)
注：ALF＝ Kal f ＝ Kssc (暂态)
图中坐标为对数坐标
Ktd Kssc (Rct+ Rb) Isn
• 计算持续时间
－检验区内故障可靠性按保护(不含CB)动作时间 －检验区外故障安全性按保护加CB动作时间
TP类CT暂态特性实用计算
• 新产品开发 －用户给出技术规范，包括：一次及二次电流，
一次时间常数Tp，二次额定负荷Zbn ，稳态短路 电流Kssc ，规定工作循环（C-O, C-O-C-O） －制造部门通过设计优化确定暂态面积系数Ktd 及二次时间常数Ts ，提供暂态误差要求的产品 • 选用定型产品Tp 根据定型产品的技术规范，如Tp 、 Ts 、 Kssc 、 Ktd 、 Zbn验算是是否满足实际工作循环要求
Esl
Kalf (Rct+ Rb) Isn
Esl
Kssc (Rct+ Rb) Isn
Es
(Rct+ Rb) Isn
Ies
Iesl
P类(稳态)
Iesl
Ieal
TP类(暂态)
电流互感器暂态饱和系数
Ktd
Ts=10s
Ktfmax
电流互感器暂态饱和系数
Ktd
Ts=1s
系统暂态饱和的严重性
• 暂态饱和严重性－与一次时间常数Tp、短路持续时
－电子式互感器已开始在电力系统应用，但不够成熟，因 此导则只作简要介绍，未提出规定
• 目的：
－全面合理解决电力工程中CT、PT选择和计算中的问题。 包括类型和参数选择，性能要求和相关计算方法等
－对某些长期未能妥善解决的问题 ，提出合理的规范的解 决办法，例如大型发电机是否需要使用TPY问题
导则适用范围
(Rct+ Rbn) ( Rct + Rb)
3 PX型CT验算
－在要求的计算倍数KX 下，二次电动势不能超过 拐点电压Ek KX (Rct+ Rb) Isn<Ek
电流互感器暂态特性
－短路电流非周期分量引起
• 短路电流偏移
• 电流互感器磁通变化
•暂态饱和系数：
K tf Φ m
非周期分量引起饱和－磁通及电流
<10
电流互感器的剩磁
B
Bs
－正常负荷电流很 小，很难消除剩磁。
美国230kV141组CT
测试结果： H
剩磁0～20 占39％
21～40 占18％
41～60 占16％
61～80 占27％
电流互感器剩磁影响
• 剩磁＝50％
• 剩磁＝75％
各级电压系统对待暂态饱和的原则
• 暂态饱和严重性－暂态系数的可能值
• 保护装置采取措施减缓CT饱和影响 －当前母线保护一般采取了抗饱和措施，可以适 当降低对CT的要求。微机母线保护技术条件 （DL/T 670－1999）要求保护装置不受CT暂态饱 和影响。各种保护的性能差别很大，应由研制部 门提出具体的选择CT的方法 －其它微机保护宜采取抗CT饱和措施，但在制造 部门提出具体选择CT方法前，暂考虑由适当选择 CT性能参数来防止饱和或减缓其影响
适用于电流基本为正弦波，可用相量表示
＝
i
K
n
Is Ip
Ip
Ie
100％Is2－4
Ip
Δφ
Ie
•复合误差
Ф
适用于电流畸变较严重情况
Ip
c
100 Ip
1 T
T 0
Knis ip
2 dt Is Ie
2－5
•过去保护用互感器常用10％误差实际指 比误差，对相角差另有规定
电流互感器重点问题
• 系统发展和引入市场机制，潮流负荷变 化多，如何选择互感器以保证电能测量 准确性
电流互感器励磁特性 －拐点电压
• IEC标准－PX
E Ek
E/Ek=1.1
Ie/ Iek =1.5
• 美国标准IEEE Std C37.110-1996
E
Ek
45°
0
Iek
Ie
• IEC标准
E/Ek=1.1
Ie
－TPS
Ie/ Iek =2.0
克服电流互感器饱和影响的措施
• 恰当选择电流互感器性能和参数，使在工程的实 际短路情况下CT不致饱和或影响不大
• 导则内容主要是电力工程用电流/电压 互感器性能和参数选择及计算等二次 有关内容，不包括绝缘结构等一次有 关内容
• 导则主要适用常规电流/电压互感器及 其辅助互感器，暂不包括电子式互感 器、保护内部专用变换器及实验室互 感器等
相关的国际标准、国标及行标
• GB 1208－1997 电流互感器（eqv IEC 185: 1987 ） • GB 16847－1997 保护用电流互感器暂态特性技术要求
0
5
20
-0.2
-0.35
100
120%
-0.75
• 小变比单匝式互感器不易满足较高准确级（如 0.2、0.5）要求
保护用电流互感器
• 类型 －主要考虑稳态特性：包括5P、10P、5PR、10PR、
PX，其中PR和PX为IEC颁布的新标准 －考虑暂态特性：TPS、TPX、TPY、TPZ • 准确性能 －稳态饱和：影响因素主要是短路电流、二次负荷
线路保护用CT暂态特性校验
• 选用定型TPY互感器，校验能否满足实际系统工作需要。产 品提供规范包括： Ipn，Isn，Tp，Tsn，Kssc，Ktd，Zbn，Zct 。
• 根据Zbn、Zct及实际Zb修正Tsn为Ts，由Tp、Ts及实际工作循环 求出需要的Ktd’ 。
• CT额定等效二次极限电动势： Eal=Kssc Ktd ( Rct + Rbn) Isn
等
－暂态饱和：影响因素主要是短路电流非周期分量 和剩磁等。严重时可能需要互感器铁心增大几倍 至几十倍
保护用电流互感器性能指标
• 以复合误差为指标 －5P、5PR：要求稳态复合误差小于5％ －10P、10PR：要求稳态复合误差小于10％ －TPX、TPY、TPZ：要求暂态复合误差小 于10％ • 以励磁特性为指标 －PX、TPS：要求励磁电压拐点不低于规 定值
(idt IEC 60044-6: 1992) • IEC 60044－1 ：2000 电流互感器 第一号修改单 • GB 1207－1997 电压互感器(eqv 186: 1987) • GB 4703－84电容式电压互感器 • GB/T 17443－1998 500kV电流互感器技术参数和要求 • DL/T 725－2000 电流互感器订货技术条件 • DL/T 726－2000 电压互感器订货技术条件 • 英国标准 BS 3938：1973 电流互感器规范 • IEEE Std C57.13-1993: 互感器要求 • IEEE Std C37.110-1996: 保护用电流互感器应用导则
TP类电流互感器应用特点
• TPS（PX）：励磁阻抗高，励磁特性和变比误 差小，适用高阻抗差动保护。
• TPY：保证暂态误差及剩磁在规定限值内，应 用较广。
• TPZ：仅保证交流误差，保护必须有良好滤波 措施。不能全面反映一次电流，用于发电机变 压器保护，可能有困难。
• TPY、TPZ断电后衰减 慢，不能用于失灵保护 的断电判别回路。
电流互感器暂态特性计算
• 基本计算公式－前提是CT未饱和，励磁特性曲
线为线性，不计及磁滞回线，非周期分量最大
－C-O循环
Ktd
TpTs
Tp Ts
e
tal Tp
tal
e Ts
1
－C-O-C-O循环
Ktd
TpTs
Tp Ts
e
t Tp
t
e Ts
s
in
t
e
t
fr t Ts
TpTs Tp Ts
+0.35
+0.2
0
5
20
-0.2
-0.35
-0.75
0.2S级 02级 0.5级
100
120%
-1.5
• 负荷电流变化范围大时应采用S级电流互感器
测量用电流互感器（2）
• 突出问题是保证电能计量的位置和准确性 • 0.1级与0.2S级的比较
+0.75
0.2S级 02级 0.1级
+0.35
+0.2
• 饱和可能引起保护误动的后果
• 经济合理性－考虑暂态保护要求大大加大互感
器铁心 • 运行经验
－500kV系统普遍使用考虑暂态的TP类互感器 －220kV系统少数考虑，大部分系统未考虑暂态 －发电机出线CT一般未考虑暂态，但有较大裕 度。TP类CT安装可能存在困难 • 国外应用经验
对电流互感器选择的建议